Numerical Simulation of Synoptic Condition on a Severe Sand Dust Storm

By using observational data and MM5, an observational analysisand numerical study was conducted on the synoptic condition of a severe dust storm that was caused by a Mongolian cyclone whichoccurred from 6 to 8 April 2001. Results illustrated thatthe cyclogenesis was due to the isentropic potential vorticity (IPV) advection in the upper troposphere and the terrain modifiedbaroclinicity in the mid-lower troposphere. The Altai-Sayan complex of mountains blocked the lower level cold air and made the isentropic surface sharply steep. When the air slid down along the isentropic surface the increasing of baroclinicity anddecreasing of stability blew up the vertical vorticity development.The formation of the dust storm was a result of a cyclonic cold front passing across the area. The occurrence of this dust stormwas closely related to the strong surface wind, which was accompanied by a cold front passing, rather than the cyclogenesis, itself. Hence, the reason for the pre-front dust storm formulation was the formation of heating convection. Reasons behind the formation of a black storm (visibilitylower than 50 m), which occurred in the mid-north part ofInner Mongolia, lay in several aspects. Firstly, in thisarea the surface wind was strong, a direct result of thedownward transport in mid-lower troposphere. Secondly,the cold front passed over the effected area near sunsetso the air obtained much more surface heating to form adeeper mixed layer (ML). Thirdly, cooperation between thelower level wind and the terrain made the atmosphere inthis area and acquired the maximum advective contributionnecessary to form a deep post-front ML. The sensitivityexperiment revealed that surface heat flux was important to the frontal lifting. In addition, the forcing of surface heating wasalso seen as the primary forcing mechanism of frontogenesis. Meanwhile, removal of the surface heat flux made the atmosphericstratification became stable and the pre-storm ML very shallow,which weakened the strength of the dust storm.     

"地球表层"再讨论

对"地球表层概念"的界定与发展和基于新概念的地球表层系统(结构)等进行了综合讨论和阐述;定义了地球表层概念的内涵,提出:地球表层是指地表和近地表各圈层相互作用和渗透的地球部分,是地球上部多态(固、液、气、生物和有机态)物质相互渗透、交融并不断进行物能交换、转化和作用而结合形成的具有内部协同性和一定系统结构的有机整体,是地球生物的生存环境和地表生态系统发生、发展和演化的基础;进一步确立了地球表层的空间位置和范围(外延),即包括地球表面上下的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈和物理(能量)场及其相关作用在内的地球空间,其下界是软流圈(以软流圈为过渡层),上界为大气圈最外层,至少应包括磁层在内;岩石圈以下的地幔和地核与大气圈以外的宇宙空间均为地球表层的环境.     

上保护层开采瓦斯综合治理的试验研究

借助于一般的保护层开采理论,对上保护层开采合理参数和保护范围进行了综合分析研究,结合潘东公司具体情况设计了试验方案,现场试验结果表明了该方案的合理性,同时也表明上保护层开采对下临近突出煤层的突出危险消除效果明显,上保护层开采带来的经济和社会效益十分显著。试验结果对类似开采条件的矿井防治煤与瓦斯突出及瓦斯综合治理具有一定指导意义。     

成都市污染边界层高度的演变特征分析

基于2014年1月21日至2月5日成都市人民南路四段逐时PM_(2.5)质量浓度、大气能见度资料以及同期Mie散射激光雷达探测数据,遵循消光系数与细颗粒物质量浓度之间的关系,探讨污染边界层高度的演变特征。结果表明:污染时段内的污染边界层高度偏低,平均为221m;污染边界层高度与地面PM_(2.5)浓度的变化具有明显相关性,但污染边界层高度改变在前,地面PM_(2.5)浓度响应在后;污染边界层高度的日变化表现为单峰单谷型,峰值和谷值分别出现在08:00时和14:00时前后。     

北京夏季灰霾天臭氧近地层垂直分布与边界层结构分析

后奥运时期首都北京的空气质量被更加关注,尤其是对于灰霾天与光化学复合污染的状况,而近地层数百米高度内的大气污染物与大气物理参数垂直分布观测对于空气质量变化过程评估至关重要.因此,本研究于2009年8月1-16日,在北京市325 m气象塔进行了相应的立体观测,观测平台垂直分布在距离地面高度8、47、120和280 m四层中.同时,在近地面320 m高度以内,分15层分别观测了大气温度、湿度、风速、风向.另外,使用气溶胶后向散射云高仪观测了边界层2.5 km内气溶胶后向散射系数.利用垂直分层的O3数据与边界层物理观测数据并结合天气形势、后向轨迹模式等方法,综合分析了本次观测数据之间的相互关系和内在联系.结果表明:夏季西北部低压槽控制的北京区域不利于低空大气扩散,容易形成光化学污染叠加灰霾污染,污染形成时白天地面小时最大φ(O3)可达120×10-9,280 m高度处可达155×10-9;来自西北偏西的气流一般较为干净,有利于北京污染物的清除,而来自西南和偏南的气流使北京的O3污染加重,导致区域性高浓度O3污染;在稳定天气条件下,夜间残留层与地面的φ(O3)差别越大,次日光化学生成的φ(O3)起点越高,表明残留层O3在次日混合层抬升过程中卷夹到地面,影响地面空气质量;300 m以内的近地层,在50 m高度左右存在φ(O3)变化程度剧烈层,这是城市冠层界面与大气化学反应共同作用的结果.     

街区建筑物对城市交通隧道废气排放的影响

采用大气边界层模式和随机游动扩散模式相连接的模拟方法,对上海市拟建的交通隧道排气口附近街道建筑物区域的气流分布和废气排放物浓度场进行了数值模拟分析,设计了6种方案,并按不同的废气排放形式,分别分析了街区的地面污染物质量浓度分布.结果表明,在建筑物存在的情况下,排风口造成的地面污染物质量浓度的最高值会很大,可达0.44 mg/m3,若换成排风塔,则为0.13 mg/m3; 没有建筑物的情况下,由排风口和排风塔造成的地面污染物最高质量浓度分别为0.11 mg/m3,0.4 mg/m3.当风速增大,质量浓度会降低,最大值分别从0.44 mg/m3降为0.2 mg/m3,和从0.13 mg/m3降为0.1mg/m3.分析表明,建筑物附近的气流特征对污染物扩散会起引导作用: 垂直方向上,导致污染物从高空被带入地面; 水平方向上,使得污染物在下风向堆积; 当风速增大时,地面污染物质量浓度值降低.同时研究表明,对排风塔污染物散布起主要作用的是水平方向的气流结构,而对排风口的污染物散布起主要作用的则是其附近建筑物的背风侧的气流下洗效应和水平流场,因此建筑物背风侧有可能成为重污染区.     

大连金州地区海陆风及热内边界层研究

根据大连金州2009年常规气象站资料分析大连金州地区海陆风变化特征,并用MM5V3模式模拟典型日的海陆风风场变化和热内边界层位温场结构变化,结果表明:海风和陆风出现的频率有明显的季节性变化。冬季陆风较多,春夏海风较多,春季、冬季易形成海陆风;海风起止时间夏季长冬季短,陆风起止时间秋冬季较夏季长;典型海陆风日中,海风造成陆地湿度变大,海风风速大于陆风风速;通过海风的数值模拟,海风由生成到成熟海岸吹向内陆其厚度可增厚到1 000 m以上,伸向内陆距离可到18.9 km;热内边界层向内陆呈舌状分布,海岸边界层高度在700 m之间,抛物面高度随着向内陆延伸的距离增加而升高。热内边界层最高达1 000 m。     

2006~2010年珠三角地区SO2特征分析

对广州番禺大气成分站2006~2010年期间的SO2资料进行了分析,讨论了珠江三角洲(珠三角)地区地面SO2体积分数的年、季节、月、日变化特征和概率的分布特征.珠三角地区地面SO2变化特征的分析结果表明,2010年地面SO2体积分数的总体水平相对近年来有一定下降,高浓度事件发生频率降低;冬、春季SO2各项统计值要高于夏、秋季,干季明显高于湿季,可能与大气边界层高度和太阳辐射等因素的季节性变化相关;SO2干湿季的日变化趋势相仿,日最高峰时间相同,只是湿季达次高峰和最低点的时间比干季要提前1 h,这可能与季节性的大气边界层高度和辐射强度变化,以及日照时间长度有关;SO2体积分数的概率分布特征比较复杂,各月谱型分布各有不同,可能与季节性因素的变化规律相关.     

2015年干季佛山一次重空气污染过程形成机理研究

2015年12月21-23日,广东珠三角佛山地区出现了一次PM_2.5重污染过程.利用佛山地区顺德、禅城、三水3个站点风廓线雷达、激光雷达和微波辐射计观测资料,结合地面气象观测数据和污染物浓度数据,分析研究了这次重污染过程的形成机理.结果表明：1形成这次污染过程的主要原因是近地层偏南风和偏北风对峙导致水平风速减小,大气水平输送能力变差;持续时间长且强度达到3℃·km^-1的强逆温抑制了污染物的垂直扩散;800 m以下超过90%的高相对湿度造成气溶胶粒子吸湿增长显著.2持续时间长且比较深厚的小风层是造成这次污染过程的直接原因,小风层厚度是预报空气质量变化的较好工具.与地面风速相比,PM_2.5浓度与小风层厚度的相关系数最多能提高0.36,且具有较长的预报时效.佛山地区小风层的风速阈值为3.8 m·s^-1.3这次污染过程存在两种不同的污染形成机制,污染前期（21-23日中午）主要以本地污染物累积为主,污染后期（23日下午）下风向地区（三水）的污染主要是受上风向地区（顺德和禅城）的污染输送影响.     

桉树叶提取液还原石墨烯电极提高微生物燃料电池产电性能的研究

将桉树叶提取液绿色还原氧化石墨烯(G-rGO)电极和微生物还原氧化石墨烯(B-rGO)电极依次作为微生物燃料电池(MFC)阳极,采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对所制备的电极进行表征,并采用循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)对比2种电极的电化学性能.结果发现,G-rGO阳极的内阻为243.87Ω,应用于MFC时最大功率密度和最大输出电压分别为18.77 W·m~(-3)和760 mV,对照组B-rGO电极的内阻为299.11Ω,将其应用于MFC时最大功率密度和最大输出电压分别为13.16 W·m~(-3)和635 mV,对照组未修饰阳极的内阻为375.21Ω,最大功率密度和最大输出电压分别为8.97 W·m~(-3)和480 mV.研究表明,G-rGO电极电阻更小,导电性能更优越.